CN103112367B - 一种后轮为独立电机驱动的电动汽车的驱动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种后轮为独立电机驱动的电动汽车的驱动控制系统，包括驱动控制器，其特征在于：左前轮转速传感器、右前轮转速传感器、左后轮转速传感器、右后轮转速传感器、左驱动电机的霍尔位置传感器、右驱动电机的霍尔位置传感器、加速踏板位置传感器、方向盘转角传感器和制动传感器电信号的各个输出端分别与驱动控制器的相应信号输入端相连接，左后轮驱动电机和右后轮驱动电机的电源线与控制器的相应输出接口相连，所述驱动控制器还具有与外界通讯的CAN接口。本发明的驱动控制系统，适用于前轮为转向轮，后轮为独立电机驱动的电动汽车的驱动控制，其驱动控制算法准确，控制效果良好，能提高传动效率，减少轮胎因滑移而产生的磨损，实现电动汽车操纵稳定性，保证电动汽车的安全行驶。

Description

一种后轮为独立电机驱动的电动汽车的驱动控制系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车驱动控制系统。

背景技术

随着世界石油资源的进一步紧缺及环保要求的严格，世界各国都把目光放到了节能环保的电动汽车上，电动汽车有了较快的发展。目前电动汽车动力传动系统主要有集中式和分布式两种布置形式，集中式布置即是用电动机代替传统汽车发动机的位置，动力仍然通过离合器、变速器、万向传动装置、差速器和驱动桥输出到驱动轮。分布式布置是将驱动电机安装在驱动轮附近，电机输出动力直接传送给驱动轮，或通过减速机构减速后传送给驱动轮，左右两边的驱动轮用两个独立的电机驱动。与集中式布置相比较，分布式布置使驱动系统和整车结构大大简化，车内有效利用空间增大，并减小了车辆整车质量，提高了传动效率以及底盘布置的方便性。

对于分布式布置的两轮驱动电动汽车，前轮驱动方式有明显的缺点，前轮驱动将导致电动汽车前后质量分配不协调，降低了车辆的操控性和乘坐舒适性，并且前轮既负转向又负责驱动，控制精确性必然受到影响，因此目前大多采用后轮驱动方式。对于后轮独立电机驱动的驱动系统，当汽车在平直的路面上直线行驶时，要求驱动电机的转速和转矩一致，但由于道路条件的变化、电机个体存在的差异等原因，很容易出现左右两边驱动电机的转矩的不一致，从而使其转速也出现差异，致使车辆的直线行驶能力变差；当汽车转向时或在凸凹不平的路面行驶时，要求内外两侧驱动轮的转速不同，并随转向半径的大小、转向快慢的不同而不同，以满足汽车行驶运动学的要求，但两个独立驱动的电机，在没有任何联系的条件下，左右两侧的驱动电机将很难达到目标转速的要求，使车轮出现滑转、侧滑、转向困难等现象，加速车轮的磨损，行驶稳定性和操控性能变差。因此，在不同行驶条件下，对两个独立驱动电机进行合理、有效、精确、可靠的控制，是解决分布式传动系统电动汽车的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种后轮为独立电机驱动电动汽车的驱动控制系统，该系统能对左右两驱动电机在任何行驶条件下进行精确合理控制，满足汽车的行驶要求。

本发明采用的技术方案是：一种后轮为独立电机驱动的电动汽车的驱动控制系统，包括驱动控制器，其特征在于：左前轮转速传感器、右前轮转速传感器、左后轮转速传感器、右后轮转速传感器、左驱动电机的霍尔位置传感器、右驱动电机的霍尔位置传感器、加速踏板位置传感器、方向盘转角传感器和制动传感器电信号的各个输出端分别与驱动控制器的相应信号输入端相连接，左后轮驱动电机和右后轮驱动电机的电源线与驱动控制器的相应输出接口相连，所述驱动控制器还具有与外界通讯的CAN接口；

所述驱动控制器通过采集各传感器信号，判断电动汽车行驶状态，当方向盘转角信号为0时，即判断电动汽车处于直线行驶，则分别以左右前轮转速为目标转速，利用PWM调节后轮驱动电机驱动电源控制驱动电机的转速，实现左右两侧驱动轮速度相等或相差，保证汽车稳定地直线行驶；

当方向盘转角信号不为0时，即判断汽车为转向行驶，并依据方向盘转角信号判断转向的左右和快慢，同样也分别以左右前轮转速为目标转速，利用PWM调节后轮驱动电机驱动电源控制驱动电机的转速，实现内外驱动轮的速度差，保证稳定转向。

上述技术方案中，所述方向盘转角传感器由2块线性霍尔集成电路、永久磁铁组成，其中永久磁铁安装在转向柱上，2块线性霍尔集成电路分别安装在转向柱支座上，并与永久磁铁对称，永久磁铁、霍尔集成电路中的霍尔传感器在垂直于转向柱的平面内；当两转向轮处于正对前方时，安装在转向柱上的永久磁铁也正对车前方。

上述技术方案中，所述驱动控制器是以带CAN的单片机为核心组成的系统，所述CAN接口能输出方向盘转角信号、左右前轮转速信号、左右后轮驱动电机转速信号、左右后轮实际转速信号、蓄电池电压信号、左右后轮驱动电机的驱动电流信号、系统故障信息等，方便系统信息的向外传送和显示。

上述技术方案中，左前轮转速传感器、右前轮转速传感器、左后轮转速传感器和右后轮转速传感器均采用电磁式传感器，并分别安装在相应车轮内侧的车轴上。

上述技术方案中，所述驱动控制器的左右后轮电机驱动控制输出端分别直接与相应的驱动电机的电源线相连接，由所述控制器控制驱动电机的转速。

上述技术方案中，所述驱动电机霍尔位置传感器安装在驱动电机的内部，驱动控制器根据此信号来判断转子的位置，并以此调控电机转速。将霍尔传感器计算的电机转速与所测得的后轮实际转速相比较，通过检测左右两侧驱动电机的驱动电流的检测比较，判断路面实际状况和后轮打滑情况。

上述技术方案中，所述驱动控制系统适宜于前轮为转向轮，后轮为独立电机驱动的电动汽车辆。

本发明的有益效果是：简化车辆结构，减小车辆质量，提高车辆传动效率，底盘操控性好；电动汽车驱动系统采用精确的控制及算法，减轻轮胎磨损；能判断电动汽车行驶状态并分别进行控制，使电动汽车行驶平稳。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的驱动控制系统工作原理原理图；

图3为本发明的工作流程图。

图中，1为左前轮转速传感器，2为右前轮转速传感器，3为方向盘转角传感器，4为制动传感器，5为加速踏板位置传感器，6为右后轮转速传感器，7为左后轮驱动电机，8为右驱动电机的霍尔位置传感器，9为左驱动电机的霍尔位置传感器，10为右后轮驱动电机，11为左后轮转速传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的结构示意图，包括左前轮转速传感器1、右前轮转速传感器2、左后轮转速传感器11、右后轮转速传感器6、左驱动电机的霍尔位置传感器9、右驱动电机的霍尔位置传感器8、加速踏板位置传感器5、方向盘转角传感器3和制动传感器4的电信号的各个输出端分别与驱动控制器的相应信号输入端相连接，左后轮驱动电机7和右后轮驱动电机10的电源线与控制器的相应输出接口相连。

图1所示的驱动控制器是以带CAN（ControllerAreaNetwork）的单片机为核心组成的系统，此驱动控制器有一个CAN输出接口，通过该CAN接口输出方向盘转角信号、左右前轮转速信号、左右后轮驱动电机转速信号、左右后轮实际转速信号、蓄电池电压信号、左右后轮驱动电机的驱动电流信号及整个系统的故障信息，方便系统信息的向外传送和显示。

上述驱动控制器中还包括左右后轮驱动电机的驱动电源，驱动控制器的驱动控制输出端分别直接与相应的驱动电机的电源线相连接，驱动控制器通过改变驱动电源的频率控制驱动电机转速。

上述驱动控制器的驱动电源中设置有电源电流传感器，用来检测驱动电机的驱动电流，通过驱动电流的比较，来判断两驱动电机的驱动转矩的变化，为车轮滑转或侧滑提供依据。

图1所示的方向盘转角传感器由2块线性霍尔集成电路、永久磁铁组成，其中永久磁铁安装在转向柱上，2块线性霍尔集成电路分别安装在转向柱支座上，并与永久磁铁对称，永久磁铁、霍尔传感器在垂直于转向柱的平面内；当两转向轮处于正对前方时，安装在转向柱上的永久磁铁也正对车前方。

此外，为方便转速测量，前后左右车轮转速传感器采用电磁式，并分别安装在相应车轮内侧的车轴上。

如图2所示，整个控制系统是以带CAN的单片机为核心组成的。驱动控制器的主要功用是：接收来自左右前后车轮转速传感器的转速信号，计算前后左右车轮转速以及前轮速度差；接收来自左右驱动电机霍尔位置传感器的位置信号，通过电机转子位置变化的频率计算左右驱动电机转速，并比较驱动左右电机转速是否与对应的左右后轮一致；接收来自加速踏板位置传感器的位置信号计算加速电压；接收来自制动踏板的制动信号判断是否制动，若制动则控制器控制给左右后轮驱动电机断电；接收来自方向盘转角传感器的转角信号判断车辆行驶状态；通过CAN接口向外发送系统运行参数和系统故障信息。

如图3所示，本发明的工作流程图。电动汽车电源打开，系统控制器上电进行系统初始化，踩下加速踏板后电动汽车行驶。驱动控制器判断是否有来自于制动传感器的制动力信号，若有制动力信号则让左右后轮驱动电机断电，否则根据方向盘转角传感器信号判断电动汽车是否转向。如果转向角为0°，则判定电动汽车直行，此时驱动控制器根据前后左右车轮转速传感器信号计算各车轮转速，以前轮转速为目标转速，比较后轮转速是否与前轮一致，如果不一致，则调节后轮转速与前轮转速一致；如果转向角不为0°，就对方向盘转角信号进行判断，确定电动汽车是左转还是右转，同样以前轮转速为目标转速，并分别对不同的后驱动轮速度进行控制。

具体实施案例是：

①直线行驶：方向盘转角信号为0，通过前轮转速传感器检测左右前轮的行驶速度，当两前轮转速相等时，表明汽车在平直行驶，因此以两前轮转速为目标转速，控制器通过改变后轮驱动电机的驱动电源的频率使两后轮的转速与前轮转速一致，亦即两驱动轮转速相等。当两前轮转速不相等时，表明汽车在凸凹不平的路面直线行驶，这时控制器同样以两前轮转速为目标转速，控制两驱动后轮转速差随两前轮的转速差的变化而变化，并使左边后轮转速与前轮相等，右后轮与右前轮转速相等。

②左转弯行驶：左前轮转速小于右前轮转速，使左右前轮自然产生速度差，通过前轮转速传感器检测左右两前轮的速度并求得其差值，驱动控制器则以两前轮的速度差为控制目标值，控制后左右驱动轮的转速产生于前轮相等的速度差，并通过电流传感器检测左右驱动电机的驱动电流，以保证左右两驱动电机的总驱动力矩不变。

右转弯行驶：左前轮转速大于右前轮转速，使左右前轮自然产生速度差，通过前轮转速传感器检测左右两前轮的速度并求得其差值，驱动控制器则以两前轮的速度差为控制目标值，控制后左右驱动轮的转速产生于前轮相等的速度差，并通过电流传感器检测左右驱动电机的驱动电流，以保证左右两驱动电机的总驱动力矩不变。

转向快慢：驱动器中单片机通过检测方向盘转角电信号变化幅值和频率来判断转向的快慢，幅值、频率变化越大，表明方向盘转向越快，内外轮速差越大，驱动轮速度变化越快。

本发明实施案例中，驱动控制器的单片机采用微芯公司的PIC18F458芯片，左右后轮驱动电源分别用6个场效应管（MOSFET）构成三相H桥式电路，驱动电机采用稀土永磁无刷直流电机，内置3个霍尔位置传感器，电机安装在驱动轮附近，通过行星齿轮减速机构减速后驱动驱动轮，电动汽车车体采用微型双坐四轮车，前轮转向，后轮独立驱动，转向采用1:1的齿轮词条转向器，制动系统采用双回路液压盘式制动器，通过CAN接口将整车信息如：车速、左右前轮转速、左右后轮转速、电源电压、左右驱动电机转速、驱动电机驱动电流等在数字液晶显示器上显示。

配备本驱动控制系统后，在不同车速、不同道路路面、不同转角等条件下，直线行驶稳定，转向轻便可靠，未出现车轮打滑、跑偏、侧滑等现象，能很好满足汽车的行驶要求。

Claims (3)

1.一种后轮为独立电机驱动的电动汽车的驱动控制系统，包括驱动控制器，其特征在于：左前轮转速传感器、右前轮转速传感器、左后轮转速传感器、右后轮转速传感器、左驱动电机的霍尔位置传感器、右驱动电机的霍尔位置传感器、加速踏板位置传感器、方向盘转角传感器和制动传感器电信号的各个输出端分别与驱动控制器的相应信号输入端相连接，左后轮驱动电机和右后轮驱动电机的电源线与驱动控制器的相应输出接口相连，所述驱动控制器还具有与外界通讯的CAN接口；

所述驱动控制器通过采集各传感器信号，判断电动汽车行驶状态，当方向盘转角信号为0时，即判断电动汽车处于直线行驶，则分别以左右前轮转速为目标转速，利用PWM调节后轮驱动电机驱动电源控制驱动电机的转速，实现左右两侧驱动轮速度相等或相差，保证汽车稳定地直线行驶；

当方向盘转角信号不为0时，即判断汽车为转向行驶，并依据方向盘转角信号判断转向的左右和快慢，同样也分别以左右前轮转速为目标转速，利用PWM调节后轮驱动电机驱动电源控制驱动电机的转速，实现内外驱动轮的速度差，保证稳定转向。

2.根据权利要求1所述的后轮为独立电机驱动的电动汽车的驱动控制系统，其特征在于：所述方向盘转角传感器由2块线性霍尔集成电路、永久磁铁组成，其中永久磁铁安装在转向柱上，2块线性霍尔集成电路分别安装在转向柱支座上，并与永久磁铁对称，永久磁铁、霍尔集成电路中的霍尔传感器在垂直于转向柱的平面内；当两转向轮处于正对前方时，安装在转向柱上的永久磁铁也正对车前方。

3.根据权利要求1或2所述的后轮为独立电机驱动的电动汽车的驱动控制系统，其特征在于：左前轮转速传感器、右前轮转速传感器、左后轮转速传感器和右后轮转速传感器均采用电磁式传感器，并分别安装在相应车轮内侧的车轴上。